带可控臂绳系卫星释放及姿态控制.pdf

【文章摘要】 本文主要探讨了带可控臂绳系卫星在释放阶段的位置和姿态控制问题。作者们（文浩、陈辉、金栋、平胡海岩）属于南京航空航天大学振动工程研究所和机械结构力学及控制国家重点实验室。他们考虑了卫星在平面内的运动，研究如何在释放子卫星时，通过控制机械臂的角度来实现无动量轮的姿态控制。控制策略分为两部分：运用非线性最优控制理论设计控制律，通过二阶Legendre伪谱法解决开环最优控制问题；基于开环解，设计反馈控制器以实现轨迹跟踪，反馈控制增益由开环最优控制算法和数值插值确定。通过数值模拟案例，证明了这种方法的有效性。 【关键词解析】 1. 绳系卫星：一种特殊的空间结构，由母卫星和子卫星通过长绳连接，用于执行多种太空任务。 2. 可控臂：指卫星上的机械臂，可以调整角度以辅助控制卫星姿态。 3. 释放控制：在卫星释放过程中，控制子卫星的位置和姿态，避免不稳定运动和碰撞。 4. 姿态控制：维持或改变卫星的旋转状态，确保其按预定方向运行。 5. 跟踪控制：依据预设轨迹调整控制参数，使实际运动与期望轨迹保持一致。 6. 动力学模型：描述系统运动规律的数学模型，包括力、速度、位置等参数的关系。 【文章结构】 1. 引言：回顾绳系卫星的发展和控制挑战，介绍研究背景和目的。 2. 动力学模型：建立考虑机械臂的绳系卫星系统动力学模型，专注于轨道面内的运动。 3. 控制策略：详细阐述非线性最优控制理论的应用，以及开环和闭环控制的设计。 4. 案例分析：通过仿真模拟验证控制策略的效能。 5. 结论：总结研究结果，并指出可能的未来研究方向。 【重要概念】 1. 非线性最优控制：寻找在满足约束条件下的最佳控制输入，以达到特定优化目标。 2. 二阶Legendre伪谱法：数值计算方法，用于求解控制系统的设计问题。 3. 反馈控制器：根据系统偏差实时调整控制信号，确保系统稳定性和性能。 【意义与影响】 该研究对于理解和改进绳系卫星的控制策略具有重要意义，特别是在子卫星释放和姿态控制方面，提出的控制方法有助于提高任务的安全性和效率。通过结合非线性控制理论和数值方法，为解决此类复杂航天问题提供了新的思路。